Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Закономерности формирования и инфекционный потенциал ооспор в полевых популяциях Phytophthora infestans на картофеле и томате в Московской области

ВАК РФ 06.01.07, Плодоводство, виноградарство

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования и инфекционный потенциал ооспор в полевых популяциях Phytophthora infestans на картофеле и томате в Московской области"

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИНФЕКЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ООСПОР В ПОЛЕВЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ РНТГОРНТНОЯА ШРЕБТАт НА КАРТОФЕЛЕ И ТОМАТЕ В МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 06.01.07 - защита растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

14 НОЯ 2013 005538102

Москва - 2013

005538102

Работа выполнена на кафедре защиты растений в Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К. А. Тимирязева

Научный руководитель:

доктор биологических наук профессор Смирнов Алексей Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук профессор Международного учебно-научного биотехнологического центра Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова Дьяков Юрий Таричанович;

кандидат биологических наук, заведущая лабораторией болезней картофеля и овощных культур Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии Кузнецова Мария Алексеевна

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства

Защита диссертации состоится 4 декабря 2013 г. в 13°° на заседании диссертационного совета Д 220.043.04 при Российском государственном аграрном университете - МСХА имени К. А. Тимирязева. Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49. Ученый совет РГАУ - МСХА, т. (495)976-24-92.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке РГАУ - МСХА имени К. А. Тимирязева.

Автореферат разослан «I» ноября 2013 г. Размещен на сайте ВАК vak.ed.gov.ru

Гриценко

Вячеслав Владимирович

Введение. Рассмотрена общая характеристика фитофтороза, его вредоносности и возбудителя.

Актуальность работы. Развитие отечественного рынка картофеля и томата невозможно без совершенствования специализации картофелеводства и овощеводства в целом. В связи с этим необходимо проводить фитосанитарный мониторинг этих сельскохозяйственных культур, потому что одно из препятствий получения необходимого качества и количества продукции картофеля и томата в разных типах хозяйств - это болезни, в значительной степени фитофтороз. Мониторинговые исследования, посвященные уточнению вредоносности и био-экологического потенциала возбудителя фитофтороза оомицета Phytophthora infestons (Mont.) de Baiy на основе изучения структур его жизенного и инфекционного цикла сейчас крайне важны и определяют значительную актуальность выбранной нами тематики.

Цель работы - оценка динамики образования ооспор P. infestans, морфологии, жизнеспособности, способности к прорастанию и инфекционный потенциал ооспор в полевых популяциях оомицета на картофеле и томате в Московской области.

Задачи работы

1. Обследовать пораженные фитофторозом картофельные и томатные посадки в объектах мониторинга Москвы и Московской области на предмет интенсивности образования ооспор с учетом действия агрометеорологических показателей с 1997 по 2013 гг.

2. Изучить морфологические особенности ооспор P. infestans на агаризованных средах и в агроцёнозах.

3. Выявить влияние ряда факторов, регулирующих образование ооспор P. infestans в лабораторных условиях и агроцёнозах.

4. Определить выживаемость, способность к прорастанию и инфекционный потенциал ооспор P. infestans различного происхождения.

5. Изучить возможность распространения ооспор P. infestans посредством модельного переносчика - плодовой мушки Drosophila melanogaster.

Новизна работы. На основе исследований половых и бесполых структур P. infestans разработана новая система оценки, позволяющая определять стратегии размножения полевых популяций патогена.

Практическая значимость работы. Разработанная методология лабораторно-полевой оценки репродуктивного и инфекционного потенциала полевх популяций P. infestans позволяет провести анализ накопленной инфекции в посадках картофеля и томата в текущем сезоне. Обосновано, что против первичной (ооспоровой) инфекции необходимы специальные профилактические мероприятия: ранние обработки фунгицидами посадок картофеля, протравливание семян томата. Также целесообразно выращивание сортов с высоким уровнем полевой устойчивости.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Встречаемость ооспор P. infestons в полевых условиях Московской области. Соотношение ооспор в плодах томата, в листьях томата и картофеля.

2. Морфологическое строение ооспор P. infestons, образованных in vivo и in vitro. Варьирующие признаки: размеры, толщина стенки, форма оогония, а так же наличие/отсутствие антеридия.

3. Проявление инфекционного потенциала ооспор P. infestons на картофеле и томате в условиях Московской области в зависимости от агрометеорологических факторов.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на 10 конференциях и симпозиумах: студенческой конференции в МСХА (1999, 2000), научной конференции «Памяти Грегора Менделя», Москва, ИОГен (2001); международном симпозиуме «Проблемы изучения и сохранения биоразнообразия европейских природных сообществ, Москва, МГУ имени М. В. Ломоносова (2001); седьмом международном микологическом конгрессе, Осло (2002); ежегодных научных конференциях в РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева (2000, 2009, 2011); втором всероссийском съезде по защите растений в Санкт-Петербурге (2005), конференции «Грибы и водоросли в биоценозах», Москва, МГУ имени М. В. Ломоносова (2006); 60-м международном симпозиуме по защите растений, Бельгия, Гентский университет (2008); третьей научной конференции «Микология, микотоксикология и микозы», Сербия, Нови Сад (2009); научно-практической конференции «Генетические и агротехнологические ресурсы повышения качества продовольственного и технического картофеля» в МГУ имени М. В. Ломоносова (2012,2013).

Публикации. Основные результаты исследований представлены в 18 публикациях, 5 из них - в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 215 страницах. Содержит введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты и обсуждение, заключение и выводы. Содержит 40 таблиц и 134 рисунка. Список литературы включает 133 наименования, в том числе 61 иностранный.

Участие в работе. Работа выполнена непосредственно соискателем и представляет собой завершенный научный труд. Автор благодарен своей семье и научному руководителю.

Глава 1. Обзор литературы. Содержит основные сведения о морфологии, жизнеспособности и непосредственных инфекционных свойствах ооспор P. infestons. Отмечается, что комплекс проблем, связанных с пониманием инфекционного потенциала ооспор, изучен пока недостаточно, что осложняет планирование защиты картофеля и томата от фитофтороза.

Глава 2. Материалы и методы

В качестве объектов мониторинга использовали посадки картофеля (100-300 м2) и томата (до 100 м2), произраставших на территории лаборатории защиты растений (JI3P) РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева (г. Москва, основное место мониторинга), Звенигородской биологической станции (ЗБС) МГУ имени М. В. Ломоносова (Одинцовский район Московской области) и личного приусадебного хозяйства в деревне Апалыцино (Рузский район Московской области). Всего собрали и обследовали 1535 образца, из них 959 - листьев картофеля, 262 - листьев томата, 314 - плодов томата.

Для исследований морфологии ооспор также использовали образцы плодов томата, собранные в Одинцовском районе близ ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) в 1997 и 1999 гг.

Для определения встречаемости ооспор и зооспорангиев P. infestons, и на основе этого - стратегий размножения полевых популяций P. infestons использовался метод обесцвечивания, образцов листьев картофеля, томата в кипящем спирте (5 мин.) и 10% растворе хлорсодёржащего средства «Белизна» (1 час) и микроскопировали гниющие плоды томата. Подсчитывали индексы встречаемости зооспорангиев (ИЗ) и ооспор (ИО) в полевых популяциях (Смирнов, Кузнецов, 2006, Smirnov, Kuznetsov, 2009).

На основе количественного распределения индексов ИЗ и ИО выделяли четыре стратегии размножения полевых популяций P. infestons (рис. 1):

ИО зооспорангии ооспоры

редко умеренно довольно часто часто и обильно

100 часто и обильно

П2 ДО Д4

25,1

25.0 10.1 П1 умеренно

10,0 3,1 редко

3,0 0,1 С2 ■Hr Б5 очень редко

0 Cl Б1 Б4 Б7 не обнаружены

0,1 20,0 20,1 40,0 40,1 60,0 60,1 100

Рисунок 1. Подстратегии размножения полевых популяций Р. х^е^ат. С - слабая; Б - бесполая, с преимущественным бесполым размножением при помощи зооспорангиев; П - половая, с регулярным половым процессом и крайне ограниченным бесполым размножением; Д - двойная, с регулярными бесполым размножением и половым процессом.

Для более точного определения репродуктивных характеристик полевых популяций P. infestans определяли подстратегии или тактики размножения полевых популяций P. infestans.

Морфологические типы ооспор определяли на основе работ А. Н. Смирнова, С. А. Кузнецова (2001) и А. Золфагари (2012).

Для исследуемых полевых популяций определяли коэффициент морфологического разнообразия ооспор (К) по формуле: К=М/0, где М - число морфологических типов ооспор, обнаруженных в популяции, О - число образцов с ооспорами.

На основе анализа морфологических признаков определяли, имеет ли обследуемая ооспора типичную или нетипичную морфологию.

Ооспоры с типичной морфологией определялись: 1) диаметром от 21 до 40 мкм, 2) тонкой стенкой, но в этом случае с образованием антеридия или наличием стенки со средней толщиной или толстой, в этом случае антеридий мог сохраняться или уже отсутствовать, 3) оогонием шаровидной формы, но в этом случае с образованием антеридия или не тонкой стенкой.

Ооспоры с нетипичной морфологией определялись: 1) диаметром до 20 мкм и более 40 мкм или диаметром от 21 до 40 мкм, но в этом случае без образования антеридия и с тонкой стенкой, 2) тонкой стенкой, но в этом случае без образованием антеридия, 3) оогонием разнообразной, но не шаровидной формы или оогонием шаровидной формы и без образования антеридия и с тонкой стенкой.

Определение влияния влажности на образование ооспор проводили в запечатанных и незапечатанных парафилмом влажных камерах, где инкубировали листья картофеля сорта Сантэ и томата сорта Белый налив с типами спаривания Al и А2.

Определение влияния томатного сока на образование ооспор проводили в чашках Петри с овсяным и ржаным агаром, в которые добавляли (в контролях не добавляли) томатный сок (7 мл/л) и засевали мицелиями с типами спаривания Al и А2.

Изучение влияния фунгицидов на образование ооспор в тестах in vitro и in vivo проводили по методике, рассмотренной в работе А. Н. Смирнова (2010).

Для определения жизнеспособности ооспор проводили плазмолизный тест. В соответствии с рекомендациями международного картофельного центра (CIP) 2001 г., ооспоры помещали в 4М раствор NaCl и инкубировали 1 час при комнатной температуре. Далее их просматривали под микроскопом (Pittis, Shattock, 1994). Критерий нежизнеспособности ооспор: пустые ооспоры или ооспоры с размытым содержимым. Критерий жизнеспособности ооспор: ооспоры с содержимым (без видимых изменений после плазмолиза или образующим плотное сжатое шаровидное тело). Плазмолизный тест использовали для определения жизнеспособности ооспор, помещенных в пахотный горизонт почвы на территории лаборатории защиты растений

РГАУ-МСХА в осеннее-зимне-весенний период 2004-2005, 2005-2006 и 2006-2007 гг., после извлечения ооспор из почвы.

Для изучения прорастания ооспор полученную разными способами суспензию ооспор (подвергнутую стрессовой обработке: перепадами отрицательных температур, или не подвергнутую этому - в зависимости от назначения того или иного теста) наносили на голодный агар в чашки Петри. Подсчитывали процент проросших ооспор - образовавших ростковую трубку или образовавших гифу с зооспорангием / зооспорангиями. Тест использовали для определения прорастания ооспор, подвергнутых обработке суспензией триходермы Trichoderma lignorum Harz и температурой -10° С (сутки) по методике ВНИИФ (1990).

Для изучения инфекционного потенциала ооспор in vitro с растений картофеля и томата, выращиваемых в контейнерах, и in vivo на посадках картофеля сортов Сантэ и Дельфин на территории лаборатории защиты растений РГАУ-МСХА в 2006 г. использовали подготовленную суспензию ооспор (см. выше), которую вносили в почву с клубнями картофеля и семенами томата, в контролях этого не делали. Изучали поражение опытных растений картофеля и томата в контрольных и опытных вариантах.

Для изучения контактного и алиментарного переноса ооспор дрозофилами использовали плодовых мушек линии дикого типа Canton-S. Использовали среды с ооспорами, их плодовые мушки употребляли в пищу и на них перемещались. Далее исследовали фекалии плодовых мушек и смывы с них для установления переноса мушками ооспор.

Дисперсионный и корреляционный анализ проводили по Н. А. Плохинскому (1961) с использованием программного продукта Microsoft EXCEL 2007 и STRAZ 1988 гт. Кластерный анализ проводили с использованием программного продукта STATISTICA 6.0.

Глава 3. Результаты и обсуждение

3.1. Обследование пораженных фитофторозом картофельных и томатных посадок в регионах мониторинга на предмет образования ооспор и зооспорангиев P. infestons. Данные, представленные в табл. 1, позволяют оценить корреляционные взаимосвязи между такими показателями встречаемости ооспор, как процент образцов с ооспорами, среднее число ооспор в тканях образца, и индекс образования ооспор в полевых популяциях P. infestons 1997 года из Московской области.

Таблица 1. Корреляционные взаимосвязи между показателями встречаемости ооспор и оценка их достоверности__1_^__

Пара показателей г 1 1 (табличное) Р

Индекс образования ооспор -Процент образцов с ооспорами 0,98±0,01 99,0 4,1 »0,999

Индекс образования ооспор -Среднее число ооспор в тканях образца 0,85±0,07 12,5 >0,999

Процент образцов с ооспорами -Среднее число ооспор в тканях образца 0,79±0,1 8,3 >0,999

Проведенный корреляционный анализ (табл. 1) свидетельствует о том, что индекс образования ооспор точно отражает одновременно и процент образования ооспор, и среднее число ооспор в тканях образца.

Данные по максимальному образованию ооспор в течение вегетационного сезона (1997, 1999-2012 гг.) и агрометеорологическим показателям, от которых зависит и развитие Р. г'л/&$?аи.? в целом, и образование ооспор в частности, на территории ЛЗР приведены в табл. 2.

Таблица 2. Максимальное образование ооспор (на основе индекса образования ооспор ИО) в листьях картофеля (КЛ), томата (ТЛ) и плодах томата (ТП) на фоне агрометеорологических показателей за вегетационный сезон_

Год Максимальный ИО Агрометео эологические показатели

Температура, °С Влажность, % Осадки, мм

КЛ ТЛ ТП Ср.1 Авг.2 Ср. Авг. Ср. Авг.

1997 1,3 15,1 17,7 71 73 74,8 54,9

1999 0,5 5,2 16,1 16,6 66 69 55,1 95,8

2000 3,4 14,7 16,8 74 80 72,1 90,3

2002 0 17,9 17,5 59 59 49,5 23,7

2003 0 0 27,3 15,6 17,0 73 80 78,3 158,8

2004 3,1 0 13,7 15,5 18,7 73 74 83,3 71,9

2005 0 16,5 17,8 71 71 60,1 30,9

2006 0 16,1 17,6 69 78 63,0 140,4

2007 0 17,1 20,4 65 66 52,2 65,9

2008 0 0 15,0 17,6 72 78 79,4 123,7

2009 0 16,0 15,8 73 78 69,6 88,0

2010 0 19,4 22,5 68 68 16,0 18,9

2011 0 17,7 19,0 69 69 19,4 20,5

2012 0 16,9 18,1 72 76 26,3 25,8

1 - среднее значение агрометеорологического показателя за вегетационный сезон с мая по сентябрь; 2 - среднее значение агрометеорологического показателя за август (период максимального проявления фитофтороза на картофеле и томате)

Исследуемые годы не характеризовались очень существенными отклонениями от обычных показателей для Московского региона, способными сильно повлиять на развитие растений-хозяев и P. infestons. Исключение составил июль и начало августа 2010 г., характеризовавшиеся ситуацией, граничной с опасными явлениями - атмосферной и почвенной засухой. В этот период развитие фитофтороза, начавшееся в конце июня, было подавлено и замещено развитием альтернариоза (Золфагари и др., 2011).

Корреляционный анализ (табл. 3) не выявил достоверных взаимосвязей между образованием ооспор и агрометеорологическими показателями в течение всех вегетационных сезонов.

Таблица 3. Корреляционные взаимосвязи между встречаемостью ооспор (на основе максимального в вегетационные сезоны индекса образования ооспор ИО) и агрометеорологическими показателями для полевых популяций

Пара показателей (ИО -агрометеорологический показатель) г t t (табличное) Р

ИО - средняя температура воздуха за вегетационный сезон -0,52±0,20 2,6 2,2 (Р=0,95) 3.0 (Р=0,99) 4.1 (Р= =0,999) 0,95<Р <0,99

ИО - средняя температура воздуха за август -0,14±0,27 0,5 Р<0,95

ИО - средняя относительная влажность за вегетационный сезон 0,40±0,23 1.7 Р<0,95

ИО - средняя относительная влажность за август 0,28±0,26 1,1 Р<0,95

ИО - среднее количество осадков за вегетационный сезон 0,45±0,22 2,0 Р<0,95

ИО - среднее количество осадков за август 0,07±0,27 0,3 Р<0,95

Некоторая отрицательная корреляция выявлена между образованием ооспор и температурой воздуха за вегетационный сезон (в пределах опреденного интервала), положительная корреляция - между образованием ооспор и средним количеством осадков за вегетационный сезон. Установлено, что недостижение и непревышение порога по относительной влажности воздуха 80% (Cohen et al., 1997) в характерных для континентального климата условиях в Московском регионе определенно тормозило образование ооспор Р. infestans. Особенно четко это проявилось в листьях томата, где образования ооспор вообще не обнаружили. В контрастных условиях 2013 г., когда очень влажные условия сменялись засушливыми, образование ооспор было

незначительным: на территории ЛЗР в полевых популяциях P. infestons на листьях картофеля и томата ИО не превышал 1,5, на плодах томата 11,0.

На основе рассмотренных данных установлены стратегии размножения полевых популяций P. infestons в данных пунктах мониторинга (табл. 4).

Таблица 4. Стратегии размножения полевых популяций Р. \nfestans на листьях картофеля (КЛ), листьях (ТЛ) и плодах (ТП) томата, собранных с 1997 по 2013 гг. на территории ЛЗР РГАУ-МСХА, Апалыцино (Рузский район Московской области) и Звенигородской биологической станции Московского

Год ЛЗР РГАУ-МСХА Апалыцино ЗБС МГУ

КЛ ТЛ ТП КЛ ТЛ ТП КЛ ТЛ ТП

1997 С1-2 Б1-2, С1-3 Б1-3, П1, Д1 Б2 но*

1999 Б1-2 БЗ Б9 Б8-9 ДЗ-6 БЗ, да

2000 Б2-6 Эпифитотийное

2003 Cl, Б1, Cl, Б1-3, Cl, но* воздействие

Б1, Б4 сз, 7-9 Б1, фитофтороза .

Б4, Б1, ni, картофель и томат не

Б7 БЗ, П2, Д1 выращивали

Д2

2004 С1-3, Б1-9 Б1 Cl, С2, П1 Б2

2005 Б4 Томат не Эпифитотийное

2006 Б1 выращивали воздействие

2008 Б7 Б4 но* фитофтороза

2009 Б7 Томат не картофель и томат не

2011 С1.Б1 выращивали выращивали

2012 Б7 Б7 Cl Б1

2013 Cl, Б1, Б4, Б7 Cl, С2, Б1, Б2, Б4, Б5 С2, СЗ, П1 Cl**

* но плоды томата не образовались из-за значительного поражения фитофторозом; ** фитофтороз развит слабо, плоды томата в основном поражены альтернариозом

При проведении кластерного анализа обследуемых полевых популяций P. infestons по стратегиям их размножения установили 6 кластеров (рис. 2). Установлено, что многие полевые популяции на картофеле и томате кластеризовались независимо друг от друга благодаря различному распределению их стратегий размножения

Tree Diagram for 28 Cases Ward'smethod Euclidean distances

97ЛЗРК 04 ЛЗРТП 04ЛЗРК

11 ЛЗРК 12 АпальщиноТ

03 Апальщино T

03 ЛЗР ТП 97 ЗБС К 99 ЛЗР К

04 Апальщино К

97 ЗБС Т 03 ЛЗР К 99 ЛЗРТП 99 ЗБС ТП 99 ЗБС Т 99 Апальщино К 99 ЗБС К 03 Апальщино К

05 ЛЗР К 08 ЛЗРТ

03 ЛЗР Т

06 ЛЗР К

04 ЛЗРТ 12 Апальщино ТП

08 ЛЗР К

09 ЛЗР К

12 ЛЗР К 12 Апальщино К

0 1 2 3 4 5 6 7 Linkage Distance

Рисунок 2. Дендрограмма трех полевых популяций Р. ^евит из пунктов мониторинга (ЛЗР, Апальщино и ЗБС), собранных в разные годы (с 1997 по 2012 гг.) с листьев картофеля (К), томата (Т) и плодов томата (ТП) по сравнению их подстратегий размножения.

ь

ь

На территории JI3P картофель и томат высаживали в течение всех лет обследований. Полевые популяции P. infestons с листьев картофеля и томата там на протяжении всего периода обследований характеризовались слабыми и бесполыми стратегиями размножения с значительным спектром подстратегий. Реализация подстратегий размножения в значительной степени зависела как от погодных условий, так и от сорта картофеля. В полевых популяциях P. infestons с плодов томата обнаружены все четыре стратегии размножения с различными их подстратегиями. В 2003 и 2004 годах наблюдали массовое поражение плодов томата фитофторозом с частым образованием в них и зооспорангиев и ооспор (двойная стратегия размножения). На картофеле в 2004 г. стала реализовываться подстратегия Б9, характеризующая значительным бесполым размножением при регулярном образовании умеренно встречающихся ооспор. Томат в открытом грунте не высаживали до 2008 г., а на картофеле реализовывались бесполые стратегии с различной интенсивностью и минимальным образованием ооспор, за исключением 2007 и 2010 г., когда из-за жары на картофельных посадках фитофтороз был подавлен. В 2008 г. мощный фитофторный инфекционный фон уничтожил ботву томатных посадок, на которых не вызрели плоды. Исключением был аномально жаркий 2010 г. -единственный год наблюдений при полном отсутствии фитофтороза.

В Апалыцино картофель и томат регулярно высаживали в непосредственной близости друг от друга с конца 1990-ых по середину 2000-ых гг. В 1999 г. на листьях картофеля полевые популяции P. infestons реализовывали подстратегию Б9, характеризующуюся, как уже упоминалось выше, значительным бесполым размножением при регулярном образовании умеренно встречающихся ооспор. К 2003 г. на посадках томата и картофеля сложилась крайне тяжелая фитосанитарная обстановка из-за их полного поражения фитофторозом полевыми популяциями P. infestons, регулярно образующими как зооспорангии, так и ооспоры и соответственно имеющими стратегии размножения Б, П и Д. В результате в следующем году на обследуемом участке пришлось отказаться не только от выращивания томата, но также и от выращивания картофеля. Выращивание картофеля и томата возобновили только в 2012 г.

На территории ЗБС МГУ картофель и томат регулярно высаживали рядом в течение 1990-ых гг. Их поражение фитофторозом было очень значительным. Если в 1997 г. на участке выявляли полевые популяции P. infestons, характеризующиеся бесполыми и слабыми стратегиями размножения, то к 1999 г. на листьях томата сформировались полевые популяции патогена со стратегией размножения Д (регулярное образование и зооспорангиев и ооспор), на листьях картофеля - Б9 (подстратегия, в принципе близкая к Д но характеризующая преобладанием зооспорангиев над образованием ооспор). В 1997 г. плоды на томатах из-за поражения фитофторозом не образовались. В 1999 г. их незначительное количество было уничтожено полевой популяцией

P. infestans со стратегией Д. В последующие годы из-за бесперспективности усилия по выращиванию картофеля и томата на обследуемом участке свернули.

3.2. Морфология ооспор P. infestans

Визуальная характеристика разнообразия ооспор по четырем морфологическим признакам. Морфологическое разнообразие ооспор in vitro и in vivo наблюдали по градациям всех 4-х признаков: размер, толщина стенки, наличие антеридия и форма оогония (рис. 3-5, табл. 5). Большинство ооспор и in vitro и in vivo имело размер от 25 до 32 мкм в диаметре. Некоторые имели небольшие или очень крупные размеры.

Таблица 5. Встречаемость ооспор (%), обнаруженных в подмосковных полевых популяциях Р. infestans 1999-2000 гг. in vivo и in vitro, с определенными градациями

Ооспоры 1. не более 20 мкм 2.21-30 3.31^0 4. более 40 мкм

мкм мкм

In vivo 17 64 15 4

In vitro 5 52 40 3

2) по толщине стенки

Ооспоры 1. тонкая однослойная, до 1,5 мкм 2. средней толщины, одно-двухслойная, возможно с наслоениями, от 1,5 мкм до 3,5 мкм 3. толстая, более, чем двухслойная, с наслоениями, от 3,5 мкм

In vivo 51 41 8

In vitro 15 36 49

3) по наличию антеридия

Ооспоры 1. есть 2. нет

In vivo 16 84

In vitro 57 43

4) по наличию и форме оогония

Ооспоры 1. 2.a. есть, 2.Ь. есть, З.а. есть, З.Ь. есть,

нет шаровидный, шаровидный, разнообразной, но не разнообразной, но не

периплазмы периплазма шаровидной формы, шаровидной формы,

почти нет хорошо выражена периплазмы почти нет периплазма хорошо выражена

In vivo 73 7 6 5 9

In vitro 81 11 5 2 1

Рисунок 3. Ооспора от скрещивания in vitro, типичной морфологии, 35 мкм в диаметре, морфологический тип 3.2.1.1 (расшифровка в табл. 5). Видна несущая гифа.

Рисунок 4. Ооспора от скрещивания in vitro, нетипичной морфологии, 33 мкм в диаметре, морфологический тип 3.2.2.3а. Виден отделенный антеридий.

Рисунок 5. Ооспоры в плодах томата, типичной морфологии, 31-33 мкм в диаметре. Морфологические типы 3,2.2.1, 3.3.2.1 и 3.3.2.3а.

Ооспоры небольших размеров до 20 мкм в диаметре представляли собой недоразвитые оогонии; ооспоры, превышающие в диаметре 30 мкм, -

полиплоидные или анеуплоидные структуры. Много ооспор in vivo имело тонкую стенку или стенку средней толщины; в агаризованных средах - толстую или средней толщины стенку. Ооспоры in vitro имели условия лучшие и стабильные для прохождения всех этапов своего образования, in vivo -затрудненные.

Антеридий редко обнаруживали в полевых образцах, пораженных фитофторозом, и значительно чаще - в агаризованных средах. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, антеридии разваливались и отсыхали по мере развития ооспор. Во-вторых, антеридии разрушались в агрессивной среде в местах образования ооспор - гниющих тканях пораженных фитофторозом растений картофеля и томата. Размер и форма антеридия варьировали от небольших до крупных.

Наличие оогония оказалось очень контрастным морфологическим признаком. В ряде случаев развитие ооспоры сводилось к образованию недоразвитого оогония разного размера при антеридии или без него. В нашей (совместно с А. Н. Смирновым) трактовке такой оогоний эквивалентен ооспоре (нетипичной морфологии). Градацию 1+ (ооспора нешаровидной морфологии за счет отсутствия дифференциации между оогонием и оосферой внутри оогония) встречали только в выраженных нетипичных условиях (см. ниже).

Отметим, что иногда в местах отделения антеридия наблюдали усечение стенки ооспоры, ведущее к некоторому усечению формы ооспоры.

Некоторые обнаруженные нами морфологические типы ооспор напоминали хламидоспоры других фитофтор. Есть все основания полагать, что между хламидоспорами и партеногенетическими ооспорами нетипичной морфологии критических различий нет. По мере образования нетипичных ооспор (ооспороподобных тел) иногда образовывали гифальные вздутия.

Обнаружено 38 и 32 морфологических типов ооспор in vivo в полевых образцах (листьях картофеля, листьях и плодах томата, пораженных фитофторозом) и in vitro (в агаризованных средах) соответственно, in vivo и in vitro обнаружено 50 морфологических типов ооспор.

In vivo 15 (40%) морфологических типов ооспор охарактеризованы как типичные, 23 (60%) - как нетипичные. In vitro, 20 (62%) морфологических типов ооспор охарактеризованы как типичные, 12 (38%) - как нетипичные. Таким образом, типичные значительно чаще образовывались in vitro, нетипичные - in vivo. Часто in vivo и in vitro встречались ооспоры морфологических типов 2.1.1.1, 2.1.2.1, in vivo 3.1.2.1.

В среднем, ооспоры в плодах томата были достоверно крупнее, чем в листьях картофеля и томата. Морфологическое разнообразие ооспор было несколько выше в популяциях P. infestons с плодов томата и листьев картофеля, чем с листьев томата (табл. 6).

Таблица 6. Диаметры, морфологические типы и коэффициенты разнообразия ооспор, обнаруженных в мониторинговых полевых популяциях P. infestons с листьев картофеля (ЮТ), листьев и плодов томата (TJI, ТП) из Лаборатории защиты растений (ЛЗР) МСХА, Звенигородской биологической станции (ЗБС) МГУ и Апалыцино в 1999 и 2000 г.

Полевая популяция Диаметр Число Число Коэф-

ооспор, морфологи- проверенных фициент

м км ческих образцов с разнооб-

типов ооспорами разия (К)

1999 МСХА КЛ 23,4±5,0 9 5 1,80

1999 МСХА ТП 40,0±4,5 14 13 1,08

1999 ЗБС КЛ 21,4±5,2 11 11 1,00

1999 ЗБС ТЛ 26,0±3,5 21 27 0,78

1999 ЗБС ТП 30,9±5,0 14 6 2,33

1999 Апалыцино КЛ 25,5±6,3 7 4 1,75

2000 МСХА КЛ 24,0±6,4 12 5 2,40

НСР05 5,9 - - -

В полевых популяциях P. infestons с листьев картофеля наиболее часто образовывались морфологические типы ооспор 2.1.2.1, 1.1.2.1 (нетипичной морфологии), с листьев томата - 2.2.2.1, с плодов томата - 2.2.2.2Ь, 3.2.2.1, 3.2.2.2а, 3.3.2.1 (типичной морфологии).

В нашем исследовании установлено, что ооспоры P. infestons in vivo были по морфологическим типам идентичны большинству ооспор питиевых и фитофторовых псевдогрибов, обнаруженных нами в салате и перце.

3.3. Влияние некоторых факторов на образование ооспор P. infestons.

Влажность. В запечатанных парафилмом чашках Петри после искусственной инокуляции изолятами P. infestons с типами спаривания А1 и А2 обнаружено 52±45 ооспор/см2 ткани листа томата, в незапечатанных 27±25 ооспор/см2. Установлено, что по мере увеличения влажности до 90% при 25° С интенсивность образования ооспор возрастает, но незначительно и недостоверно.

Добавление томатного сока в питательную среду. Без добавления томатного сока количество ооспор в среде варьировало от 0 до 440/см2. С добавлением томатного сока количество ооспор в среде варьировало от 1117 до 5213/см2 (табл. 7). Это означает, что добавление томатного сока J7, 7 мл/л в среду инициировало образование ооспор в три - несколько тысяч раз. В плодах томатов создается среда, провоцирующая реализацию двойных стратегий размножения P. infestons.

Вклад данной среды может быть сравним с вкладом в масштабное образование ооспор контакта мицелиев с типами спаривания А1 и А2.

Влияние фунгицида Ридомил на образование ооспор в тесте in vitro. Без добавления Ридомила количество ооспор в среде варьировало от 3270 до 4307/см2, они имели в основном типичную морфологию (табл. 7).

Таблица 7. Встречаемость ооспор в агаризованной среде без Ридомила и с Ридомилом_ _

Пара скрещиваемых изолятов P. infestons (фактор А) Количество ооспор в среде (/см2 в районе скрещивания) Среднее по фактору А НСР05 (фактор В)

Наличие Ридомила в среде (фактор В)

ржано-томатный агар (контроль, без Ридомила) ржано-томатный агар с Ридомилом (1 мкг/мл)

Т25 х 1МШаТЛ4Ь 3347 0 1674

СК-49 х ХК50 4307 670 2489

СК-49 х Т25 х ХК50 3270 560 1915

Среднее по фактору В 3641 410 157

НСР05 (фактор А) 128

НСР05 (факторы А и В) 143

С добавлением Ридомила в сублетальной концентрации 0,5 мкг/мл количество ооспор в среде варьировало от 0 до 607/см2. Данные интервалы не перекрывались, что свидетельствует о существенном ингибирующем влиянии д.в металаксила на образование ооспор. В варианте с добавлением Ридомила более половины ооспор имели нетипичную морфологию, образовывались гифальные вздутия (рис. 6).

20 мкм

Рисунок 6. Ооспора нетипичной морфологии, морфологический тип 2.2.2.1; наличие видоизмененных антеридиев сомнительно; нетипичность ооспоры обусловлена также гифальным вздутием, на котором она находится.

Это означает, что Ридомил тормозил нормальный ход полового процесса и провоцировал образование негибридных ооспор.

Влияние фунгицидов Ридомил голд, Ширлан и Амистар (Квадрис) на образование ооспор в тесте in vivo на сортах Сантэ и Луговской. В контролях значения индекса образования ооспор варьировали от 0 до 3,5. В опытных вариантах после обработки фунгицидами ооспор не обнаружили, И0=0. Установлено, что фунгициды оказали подавляющее действие на образование редких очагов - зон развития P. infestans с мицелиями Al и А2 (Троицкая, 2007).

3.4. Выживаемость ооспор Р. infestans.

Жизнеспособность ооспор до и после перезимовки. От 68 до 93% ооспор от скрещиваний in vitro, а также образуемых естественным путем in vivo в плодах томата были жизнеспособны (рис. 7, 8).

_20 мкм _20 мкм

Рисунок 7. Нежизнеспособная Рисунок 8. Жизнеспособные ооспора после плазмолизного ооспоры после плазмолизного теста. теста.

После перезимовки от 38 до 80% ооспор сохраняли жизнеспособность. В пределах осеннее-зимнего периода среднедекадная температура почвы на глубине 0-20 см изменялась от -0,8 до 4,1, воздуха - от -12,8 до 1,2 0 С, среднее количество осадков - от 24,8 до 79,4 мм, средней относительной влажности воздуха от 67 до 85%. В сезоне 2005-2006 гг. температуры воздуха и почвы опустились до -12,8 и -0,8 °С соответственно. Это наименьшие показатели. Именно в сезон 2005-2006 гг. процент жизнеспособных ооспор критически снизился до наименьшего показателя 38%. Есть основания полагать, что между понижением температуры почвы в горизонтах от 0 до 20 см до -0,8° С и критическим понижением жизнеспособности ооспор есть причинно-следственная взаимосвязь.

Влияние температуры и триходермы на прорастание типичных ооспор в лабораторных условиях. От 0,8 до 1,3% ооспор прорастали без обработки температурой и триходермой. От 5,0 до 16,3% ооспор прорастали под действием температуры -10° С, от 7,5 до 17,1% ооспор - под действием

суспензии триходермы (рис. 9-10). При одновременном действии этих факторов прорастало от 1,7 до 4,2% ооспор.

Рисунок 9. Прорастание типичной ооспоры ростковой гифой, оканчивающейся зооспорангием.

Рисунок 10. Прорастание типичной ооспоры ростковой гифой, оканчивающейся пролиферирующими зооспорангиями после обработки суспензией пропагул триходермы.

В дополнительном тесте использовали ооспоры после перезимовки в осеннее-весенний сезон 2004-2005 гг., помещенные в суспензию триходермы. Ооспоры, полученные от скрещиваний на ржано-томатной среде, прорастали ростковой трубкой с частотой от 28±7%. Природные ооспоры из плодов томата прорастали с частотой, не превышающей 2±1%.

Влияние триходермы на образование и прорастание нетипичных ооспор. При совместном росте мицелиев P. infestons с типами спаривания А1 и А2 с примесью колоний триходермы и других плесневых грибов образуются гифальные вздутия, оогонии нетипичной морфологии поодиночке или в группах (уклоняющейся от шаровидной, не дифференцируются от оосферы и ооспоры: градация 1+ по четвертому морфологическому признаку; рис. 11-13).

20 мкм

20 мкм

_20 мкм

Рисунок 11. Терминальные и интеркалярные гифальные вздутия и начало образования ооспор нетипичной морфологии при влиянии триходермы.

20 мкм

Рисунок 12. Формирование гифальных вздутий, морфологии и зооспорангия при влиянии триходермы.

ооспор нетипичной

_20 мкм

Рисунок 13. Прорастание ростковыми трубками ооспор нетипичной морфологии при влиянии триходермы.

Проведенные исследования уточняют таксономический статус P. infestans. Следует признать, что у данного вида образуются гифальные вздутия и хламидоспоры (Патрикеева, 1979), как у многих других почво-обитающих видов рода Phytophthora. Есть основания полагать, что образование гифальных вздутий и хламидоспор в типе или в экстремальных условиях -родовой признак Phytophthora. Так же есть основания полагать, что у пероноспоровых, питиевых и фитофторовых оомицетов партеногенетические (апомиктические) ооспоры и хламидоспоры - одно и то же. Это существенно отличает данные группы оомицетов от грибов, у которых хламидоспоры и половая стадия (даже образованная партеногенетически) - принципиально разные структуры.

Эти ооспоры прорастали по мере их образования, рядом на мицелии образовывались и находились зооспорангии (рис. 12). Кроме того, образовывалось небольшое количество (около 10%) ооспор типичной морфологии. Часть аналогичных нетипичных ооспор мы выявляли и в других исследованиях (см. выше). Но ооспоры вытянутой формы с градацией 1+ наблюдали только в данных нетипичных условиях. 45±12% нетипичных ооспор прорастало короткой ростковой трубкой уже через несколько суток после своего образования (рис. 13). Прорастания в такой же степени подвергающихся обработке суспензией триходермы типичных ооспор не выявили.

Проверка инфекционного потенциала ооспор на клубневых дисках, проростках и зрелых растениях в опытах in vitro. На всех клубневых дисках с нанесением обработанной суспензии ооспор выявили появление некрозов ржаво-коричневого оттенка в местах соприкосновения поверхности клубня с суспензией ооспор. Только на одном клубневом диске (5% от их общего количества) выявлено слабое спороношение P. infestans. Соответственно, значительную инфекционную роль ооспор отследить не удалось. В эксперименте с внесением суспензии ооспор к прорастающим клубням картофеля также не удалось добиться эффективного заражения: растения одинаково развивались без внесения суспензии и с ее внесением. Вероятно, в данных экспериментах не удалось имитировать причины, провоцирующие эффективное прорастание ооспор.

Проверка инфекционной роли ооспор на всходах томата в опыте in vitro.

Тест при температуре 16-2 Of С (осенью). В контроле с неавтоклавированной почвой без какой-либо инокуляции наблюдали нормальное развитие 95-100% проростков. В варианте, в котором в неавтоклавированную почву внесли суспензию ооспор, наблюдали нормальное развитие от 20 до 60% проростков. В варианте, в котором такую же суспензию ооспор внесли в автоклавированную почву, наблюдали нормальное развитие от 55 до 80%. В эталонном варианте с неавтоклавированной почвой, в котором семена заражали зооспорангиями, нормально развивалось от 25 до 65% проростков. В данном эксперименте некоторая инфекционная роль

просматривается: фитофтороз поражал томаты в комплексе с другими болезнями (типа «черной ножки») и ооспоровая инфекция могла вносить существенный вклад в поражение томатов.

Тест при температуре 22-26° С (весной). В контроле с неавтоклавированной почвой без какой-либо инокуляции наблюдали нормальное развитие 100% проростков. В варианте, в котором в неавтоклавированную почву внесли суспензию ооспор, наблюдали нормальное развитие 100% проростков. Проростки очень активно развивались и смогли в таких условиях проявить высокий иммунный статус. Как и в тестах с картофелем, ооспоры в данных условиях какой-либо инфекционный потенциал не продемонстрировали.

Проверка инфекционной роли ооспор на картофеле в полевых условиях. В контролях (рядки сортов Сантэ и Дельфин, заражения суспензией ооспор не проводили) фитофтороз появился во второй декаде июля. Первые пятна появлялись равномерно на листьях всех ярусов. Заметных очагов, идущих снизу, на растениях этих вариантов не выявили. В варианте (рядки сорта Сантэ, заражение суспензией ооспор проводили) фитофтороз появился во второй декаде июля. Первые пятна появлялись равномерно на листьях всех ярусов. Заметных очагов, идущих снизу, на растениях этих вариантов не выявили. В варианте (рядки сорта Дельфин, заражение суспензией ооспор проводили) фитофтороз появился во второй декаде июля. Первые пятна появлялись равномерно на листьях всех ярусов. Выявили два выраженных очага, идущих снизу, в виде стеблевой формы и фитофторозных пятен на нижних листьях, соприкасающихся с поверхностью почвы.

Анализ метеоданных в течение вегетационного сезона 2006 г. свидетельствуют о стандартных условиях по среднедекадных температуре и относительной влажности воздуха и количестве осадков. Однако ко третьей декаде июля-первой декаде августа среднедекадная температура опустилась на 0,6° С, среднедекадная относительная влажность увеличилась на 6% и, что самое принципиальное, среднедекадное количество осадков увеличилось почти на 60 мм относительно предшествующего периода. В условиях проведенного эксперимента этот контрастный перепад способствовал повышению влагоемкости пахотного горизонта почвы и развитию первичной ооспоровой инфекции в почве. Но определенно, предшествующая засушливая погода при ограниченном количестве осадков ограничила развитие ооспоровой инфекции, поэтому количество первичных очагов было незначительным.

Уточнение инфекционного потенциала ооспор в плане их эталонного сравнения с потенциалом мицелия и зооспорангиев Р. \nfestans свидетельствует о следующем. Мицелий и зооспорангии в семенных клубнях регулярно осуществляют первичное инфицирование картофеля. Реализация инфекционного потенциала ооспор зависит от температурно-влажностного режима почвы. Если создадутся благоприятные условия по температурно-

влажностному режиму почвы, то ооспоры могут создать значительное заражение картофеля, что приведет к потере урожая.

Для уточнения инфекционного потенциала ооспор в полевых популяциях P. infestons нами сформулирована концепция «маленькой Мексики». В Московской области частое образование ооспор с реализацией в том числе и двойных стратегий размножения P. infestons зарегистрировали в плодах томата в 1990-ые и 2000-ые годы. В этом проявляется частичное сходство с Мексиканской Толукой, где ооспоры регулярно и с значительной частотой образуются в тканях растений-хозяев, при том, что потери их урожая достигают 100%. Но в Московской области ооспоры регулярно не образуются: периоды значительного их образования сменяются периодами спада. Так, по мере уменьшения выращивания томата в ЛПХ к концу 2000-ых годов образование ооспор пошло на убыль. Многие ооспоры в плодах томата имели партеногенетическое, а не гибридное происхождение. Поэтому в Московской области полевые популяции патогена в плодах томата, полностью уничтожающие урожай, сравнили именно с «маленькой» Мексикой - из-за меньших масштабов образования ооспор, ограничиваемых подмосковными климатическими условиями. В настоящее время в Московской области «маленькая Мексика» сделала крайне проблемным выращивание томата в секторе ЛПХ.

3.5. Возможность переноса ооспор P. infestons плодовой мушкой дрозофилой. При изучении возможности контактного переноса ооспор в смывах с дрозофил после их контакта со средой с зооспорангиями и ооспорами, обнаружили только зооспорангии, ооспоры обнаружены не были. Наблюдали массовую гибель мушек через 2 суток после контакта со средой. При изучении возможности алиментарного и контактного переноса ооспор обнаружили редкие ооспоры нетипичной морфологии, морфологические типы 1.1.2.1, 2.1.2.1 рядом с фекалиями плодовых мушек. Стенка ооспор нарушена, ооспоры выглядят маложизнеспособными. Зооспорангии не обнаружены.

Выводы

1. Установлено, что ооспоры более интенсивно образовывались в плодах томата, чем в листьях картофеля и томата. В листьях картофеля индекс образования ооспор варьировал от 0 до 3,4%. В листьях томата он был равен 0, за исключением популяции 1999 г. на Звенигородской биостанции МГУ, когда он составил 27,4. В плодах томата индекс образования ооспор варьировал от 0 до 27,3%. В листьях картофеля и томата образование ооспор наблюдали при достижении относительной влажности воздуха 78-81%. В плодах томата образование ооспор зависело от относительной влажности воздуха в меньшей степени. По мере уменьшения температуры воздуха в пределах от 30 до 17° С интенсивность образования ооспор увеличивалась.

2. Морфологическое разнообразие ооспор in vitro и in vivo наблюдали по градациям 4-х морфологических признаков: размер, толщина стенки, наличие антеридия, и форма оогония. Обнаружено 50 морфологических типов ооспор: 38 in vivo и 32 in vitro. Часть ооспор имели типичную морфологию - от 20 до 40 мкм в диаметре, с антеридием по крайней мере на ранней стадии развития, промежуточной или толстой многослойной стенкой, шаровидным оогонием. Другая часть ооспор имела нетипичную морфологию - до 20 или более 40 мкм в диаметре, с тонкой стенкой, без антеридия, с оогонием не шаровидной формы. In vivo, 15 (40%) морфологических типов ооспор охарактеризованы как типичные, 23 (60%) - как нетипичные. In vitro, 20 (62%) морфологических типов ооспор охарактеризованы как типичные, 12 (38%) -как нетипичные. Ооспоры в листьях картофеля имели преимущественно нетипичную морфологию, ооспоры в листьях и плодах томата имели как типичную, так нетипичную морфологию. Выявлены общие морфологические типы ооспор P. infestons и других видов рода Phytophthora.

3. Установлено, что уменьшение относительной влажности блокирует образование ооспор. Добавление в среду томатного сока провоцирует увеличение образования ооспор на 50% и более. Эффективные современные фунгициды блокируют образование до 90-100% ооспор типичной морфологии in vitro и in vivo. В отдельных экспериментах добавление в среду Ридомила провоцировало образование гифальных вздутий и ооспор нетипичной морфологии, сходный эффект был вызван влиянием мицелия и суспензии триходермы.

4. От 65 до 95% образующихся ооспор типичной морфологии были жизнеспособными, после перезимовки (температура пахотного горизонта почвы варьировала от -0,8° С до 4,3° С) 38-80% сохраняли жизнеспособность. При этом способность к прорастанию демонстрировали 1,3% ооспор, краткосрочное воздействие отрицательной температурой -10° С или суспензией пропагул триходермы повышала процент проросших ооспор до 17,1%. Инфекционный потенциал ооспор в различных тестах in vitro и in vivo или не был продемонстрирован, или проявлялся в виде единичных очагов, провоцируемых периодами с повышенной влажностью при температуре не выше 20-22° С.

5. Контактный и алиментарный перенос ооспор типичной морфологией плодовой мушкой дрозофилой в наших исследованиях не установлен. Продемонстрирован перенос редкой фракции нетипичных ооспор, размер которых не превышал 20 мкм, визуально характеризующихся низкой жизнеспособностью и повреждениями оболочки.

Практические рекомендации

Методология определения репродуктивного и инфекционного потенциала возбудителя фитофтороза позволит оценить запасы и инфекционную роль

ооспор в растительных остатках картофеля и томата. В этой связи, результаты текущих учетов по обнаружению ооспор целесообразно использовать при планировании посадок картофеля в последующие годы из-за возможности их первичного инфицирования. Также целесообразно проверять семена томата по наличию ооспор на их оболочках. Данные рекомендации предназначены для специалистов Россельхоз центров после соответствующего обучения.

Список опубликованных работ по теме диссертации в журналах,

рекомендованных ВАК РФ

1. Смирнов, А. Н. Встречаемость и морфология ооспор, обнаруженных в природных популяциях Phytophthora infestons в Московской области в 1999 году / А. Н. Смирнов, С. А. Кузнецов // Известия ТСХА. - 2001. -Вып 4. - С. 116-133.

2. Кузнецов, С. А. Изучение переноса дрозофилами зооспорангиев и ооспор Phytophthora infestons (Mont.) de Вагу / С. А. Кузнецов // Вестник защиты растений. - 2006. - Т. 1. - С. 73.

3. Смирнов, А. Н. Определение стратегий размножения и жизнеспособности полевых популяций Phytophthora infestons / А. H. Смирнов, С. А. Кузнецов // Известия ТСХА. - 2006. - Вып. 4. - С. 28-41.

4. Смирнов, А. Н. Определение стратегий размножения и жизнеспособности полевых популяций Phytophthora infestons / А. H. Смирнов, С. А. Кузнецов II Защита и карантин растений. - 2006. - № 9. - С. 30-31.

5. Смирнов, А. Н. Фитофтороз томата / А. Н. Смирнов, С. А. Кузнецов // Защита и карантин растений. - 2006. - № 3. -С. 20-23.

Список остальных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Кузнецов, С. А. Морфология и встречаемость зигот гриба Phytophthora infestons (Mont.) de Вагу, обнаруженных на территории Московской области в 1999 году / С. А. Кузнецов, А. Н. Смирнов // Сборник студенческих научных работ. M.: МСХА. - 2000. - Вып. 6. - С. 14-21.

2. Смирнов, А. Н. Встречаемость и возможное происхождение ооспор Phytophthora infestons в Московской области в 1999 г / А. Н. Смирнов, А. С. Кравцов, С. А. Кузнецов, В. П. Апрышко, С. Н. Еланский // Материалы научной конференции «Памяти Грегора Менделя». - М: Издательство МСХА. - 2001. - С. 122-123.

3. Смирнов, А. Н. Происхождение ооспор Phytophthora infestons в пораженных фитофторозом образцах в Московской области / А. Н. Смирнов, С. А. Кузнецов, А. С. Кравцов, В. П. Апрышко, М. А. Побединская, С. Н. Еланский // Материалы международного симпозиума «Проблемы изучения и сохранения биоразнообразия европейских природных сообществ. - 2001,- С. 135.

4. Смирнов, А. Н. Изучение биологии возбудителя фитофтороза картофеля / А. Н. Смирнов, С. А. Кузнецов, С. Н. Еланский II Доклады ТСХА. - 2001. - Вып. 273. - Часть 1 - С. 226-231.

5. Smirnov, A. N. Investigations of oospores of Phytophthora infestans in Moscow region / A. N. Smirnov, S. A. Kuznetsov, S. N. Elansky I I The 7th International Mycological Congress, Oslo, 11-17 August, 2002. - № 892. - P. 268-269.

6. Кузнецов, С. А. Дрозофила как переносчик инфекционных структур Phytophthora infestans / С. А. Кузнецов, О. В. Кузнецова, А. Н. Смирнов // Грибы и водоросли в биоценозах. Москва, МГУ. Материалы конференции, 2006,31 января - 3 февраля. - С. 146-149.

7. Smirnov, А. N. Formation and germination of Phytophthora infestans oospores in different regions of Russia / A. N. Smirnov, S. A. Kuznetsov, N. Ya. Kvasnyuk, K. L. Deahl // Comm. Appl. Biol. Sci, Ghent University. - 2008. -V. 73/2.-P. 109-118.

8. Smirnov, A. N. Strategies of reproduction of field Phytophthora infestans populations on potato and tomato in some regions of Russia / A. N. Smirnov, S. A. Kuznetsov // Proceedings Nat. Sci., Matica Srpska Novy Sad - Serbia. -2009.-№ 116.-P. 149-157.

9. Смирнов, A. H. Развитие эпифитотий на близкородственных видах растений-хозяев / А. Н. Смирнов, С. А. Кузнецов, О. Г. Смирнова // Доклады ТСХА. - 2010. - С. 292-305.

Ю.Мамонов, А. Г. Особенности развития фитофтороза картофеля и томатов на территории лаборатории защиты растений / А. Г. Мамонов, В. В. Антоненко, С. А. Кузнецов, А. Н. Смирнов // Доклады ТСХА. — 2010. — Вып. 282. - С.305-309.

П.Смирнов, А. Н. Роль сорта в защите картофеля от фитофтороза и альтернариоза / А. Н. Смирнов, А. Золфагари, Р. В. Пенкин, С. А. Кузнецов, В. В. Антоненко // Сборник тезисов второго научно-практического совещания «Генетические и агротехнологические ресурсы повышения качества продовольственного и технического картофеля». М.:МГУ имени М. В. Ломоносова, 23-24 марта 2012 г. - С. 20.

12.Смирнов, А. Н. Обоснование необходимости прогноза в биологической защите картофеля от фитофтороза и альтернариоза / А. Н. Смирнов, А. Золфагари, Р. В. Пенкин, С. А. Кузнецов, В. В. Антоненко // Доклады ТСХА. - 2012. - Вып. 284. - С. 147-149.

13.Кузнецов, С. А. Современные требования к прогнозированию фитофтороза и альтернариоза картофеля: опыт Тимирязевской академии / С. А. Кузнецов, Р. В. Пенкин, А. Н. Смирнов // Сборник тезисов третьего научно-практического совещания «Генетические и агротехнологические ресурсы повышения качества продовольственного и технического картофеля». М.:МГУ имени М. В. Ломоносова, 29 марта 2013 г. - С. 3335.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Формат 60x84'/i6. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ 501.

Издательство РГАУ - МСХА 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: (499) 977-00-12,977-26-90,977-40-64

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Кузнецов, Сергей Александрович, Москва

Российский государственный аграрный университет -Московская сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева

На правах рукописи

04201364994

КУЗНЕЦОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ИНФЕКЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ООСПОР В ПОЛЕВЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ РНУТОРНТНОКЛ НА КАРТОФЕЛЕ И ТОМАТЕ В МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 06.01.07 - Защита растений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -д.б.н. профессор Смирнов Алексей Николаевич

Москва - 2013

Содержание стр.

Введение, актуальность, новизна и практическая 6

значимость тематики диссертации

Цель и задачи работы 18

Основные положения, выносимые на защиту 19

1. Обзор литературы 20

1.1 Характеристика и систематическое положение 20 Phytophthora infestans (Mont.) De Вагу

1.2 Характеристика фитофтороза в Московской области 23 1997- 2013 гг.

1.3 Источники весеннего возобновления и летнего 24 распространения фитофтороза картофеля и томата

1.4 Изучение ооспор P. infestans 30

1.5 Обоснование выбора модельного объекта 45 распространения P. infestans

1.6 Заключение 46

2. Материалы и методы 48

2.1 Условия проведения обследований и организация 48 мелкоделяночных опытов

2.2 Сравнительная характеристика метеоусловий за годы 50 проведения исследований

2.3 Обследование пораженных фитофторозом 59 картофельных и томатных посадок в различных

регионах РФ на предмет образования ооспор и зооспорангиев P. infestans

2.3.1 Подготовительный этап 59

2.3.2 Определение индексов образование ооспор (ИО) и 60 зооспорангиев (ИЗ)

Содержание стр.

2.3.3 Определение стратегии размножения полевых 61

популяций Р. т/е81апБ

2.4 Изучение морфологии ооспор Р. т/ез1ап8 62

2.5 Изучение влияния некоторых факторов на образование 64 ооспор Р. т/ез1апБ

2.5.1 Изучение влияния влажности 64

2.5.2 Изучение влияния добавления томатного сока в 65 питательную среду

2.5.3 Изучение влияния фунгицидов 67

2.6 Изучение жизнеспособности, способности к 71 прорастанию и инфекционного потенциала

ооспор Р. ¿п/еяСапз

2.6.1 Тесты, проведенные для определения жизнеспособности 71 ооспор

2.6.2 Тесты, проведенные для определения способности к 75 прорастанию ооспор

2.6.3 Тесты, проведенные для определения инфекционного 76 потенциала ооспор

2.7 Описание модельных опытов по изучению возможности 84 переноса бесполых и половых структур Р. т/ез1апз

плодовой мушкой дрозофилой

2.8 Статистический анализ данных 87 3 Результаты и обсуждение 88 3.1 Обследование пораженных фитофторозом 88

картофельных и томатных посадок в регионах и мониторинга образования ооспор и зооспорангиев Р. ш/ез/апб'

3.1.1 Интенсивность образования ооспор и зооспорангиев 88

Содержание стр.

3.1.2 Взаимосвязь между агрометеорологическими 93 показателями и образованием ооспор в вегетационные

сезоны с 1997 по 2012 гг.

3.1.3 Стратегии размножения полевых популяций 97

3.2 Морфология ооспор P. infestans 104

3.2.1 Общая характеристика морфологических типов ооспор, 104 обнаруженных in vivo и in vitro

3.2.2 Сравнение ооспор, образуемых in vivo в листьях 143 картофеля, листьях и плодах томата, а также in vitro

3.2.3 Сравнение ооспор P. infestans и ооспор некоторых 147 других пероноспоровых оомицетов

3.3 Влияние некоторых факторов на образование ооспор Р. 151 infestans

3.3.1 Влияние влажности 151

3.3.2 Влияние добавления томатного сока в питательную 152 среду

3.3.3 Влияние фунгицидов 154

3.4 Выживаемость ооспор P. infestans 162

3.4.1 Влияние перезимовки на выживаемость ооспор в 162 полевых условиях

3.4.2 Влияние температуры и триходермы на прорастание 168 типичных ооспор в лабораторных условиях

3.4.3 Способность типичных ооспор к прорастанию после 172 перезимовки и обработки суспензией триходермы

3.4.4 Влияние триходермы на образование и прорастание 173 нетипичных ооспор

3.4.5 Проверка инфекционной роли ооспор на клубневых 181 дисках картофеля

Содержание стр.

3.4.6 Проверка инфекционной роли ооспор на прорастающих 183 из клубней растениях картофеля в опыте in vitro

3.4.7 Проверка инфекционной роли ооспор на всходах томата 184 в опыте in vitro

3.4.8 Проверка инфекционной роли ооспор на картофеле в 185 полевых условиях

3.5 Возможность переноса ооспор P. infestans плодовой 188 мушкой дрозофилой

3.6 Обсуждение результатов 192 Выводы 201 Практические рекомендации 203 Благодарности 204 Список литературы 205

ВВЕДЕНИЕ, АКТУАЛЬНОСТЬ, НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ТЕМАТИКИ

ДИССЕРТАЦИИ

Phytophthora infestans (Mont.) de Вагу - водорослеподобный организм, который расселился почти во всех странах мира, где возделывается картофель и томат, в том числе в России.

Он паразитирует на картофеле, томатах, физалисе, петунии, беладонне и на других представителях семейства пасленовых (Solanaceae) и вызывает болезнь под названием фитофтороз, вредоносность которой, проявляется через ограничение ассимиляционной поверхности культуры в период формирования плодов и клубней - июле- августе. De Вагу первый наглядно показал, что гриб (а фитофтору до примерно 2005 г. считали грибом) может поражать листья, стебли, столоны, клубни, цветки и ягоды картофеля и томата. Проявление болезни происходит во время вегетации и, возможно, при хранении клубней картофеля.

В России наиболее актуально стоит вопрос вредоносности P. infestans в областях Нечерноземной зоны, в том числе и Московской области, в Приморье и на Урале. Отмечены эпифитотийные года, такие как: 1942, 1997, 2003, 2006.

Актуальность. За последние 15 лет статистические данные показали падение производства картофеля в промышленном масштабе, увеличение производства культуры на бессменных участках дачных объединений и JillX. Для получения максимального урожая и качественного продукта питания необходим централизованный фитосанитарный контроль и продовольственная безопасность. Валовой сбор с 2000 по 2012 гг. картофеля в промышленном масштабе был 39%, тем не менее производство имело общий спад. Валовой сбор картофеля в хозяйствах населения занимал 36%, равное, по производству, в промышленном масштабе, так же происходил спад возделывания культуры. Валовой сбор с 2000 по 2012 гг. овощей в

промышленном масштабе был 14%, тем не менее, производство было под влиянием кризиса и шло на спад. Валовой сбор овощей в хозяйствах населения занимал 11%, в промышленном масштабе он также подпал под влияние экономических причин (табл. 1, рис. 1, 2).

Таблица 1. Валовой сбор продуктов растениеводства по годам (в хозяйствах

всех категорий, миллионы тонн)

года

о с-> 1/4 чо г- оо о

о о о о о о о о о о

гч С-) Г-! сч О) сч сч О)

Картофель 34,0 35,0 32,9 36,7 35,9 Э /,0 г\ о 27,2 28,8 31,1 21,1 32,7 29,5

в том

числе в

хозяйствах

населения 31,4 32,4 30,6 34,1 33,0 34,1 24,4 23,3 24,1 25,2 17,8 26,0 23,3

Овощи 12,5 13,3 13,0 14,8 14,6 15,2 11,4 11,5 13,0 13,4 12,1 14,7 14,6

в том

числе в

хозяйствах

населения 9,7 10,6 10,6 11,8 11,7 12,2 8,1 8,3 9,2 9,6 8,7 9,8 10,1

Не смотря на валовой сбор продуктов растениеводства по годам (в хозяйствах всех категорий, рис. 1, 2), структура производства картофеля и томата по категориям хозяйств, данные табл. 2 и рис. 3 показывают преобладание в производстве хозяйств населения.

I миллионов тонн Картофель

I миллионов тонн в том числе в хозяйствах населения

I миллионов тонн Овощи

I миллионов тонн в том числе в хозяйствах населения

200020012002 2003200420052006200720082009201020112012

Рисунок 1. Тенденции валового сбора картофеля и овощей в период с 2000 по 2012 гг.

■ миллионов тонн Картофель

■ миллионов тонн в том числе в хозяйствах населения

■ миллионов тонн Овощи

■ миллионов тонн в том числе в хозяйствах населения

Рисунок 2. Секторы валового сбора картофеля и овощей.

Таблица 2. Структура производства картофеля и овощей по категориям хозяйств (в процентах от объема производства в хозяйствах всех категорий)

года

о т—< 1Л) г» оо о 1 СМ

о о о О о О о о о о 1

ГМ см см СМ Сч| О сч см см см см см см

Сельскохозяйственные организации

Картофель 6,5 6,3 5,7 5,6 6,2 6,3 9,6 10,1 11,4 13,1 10,5 13,0 13,1

Овощи 19,9 17,8 15,9 16,6 14,9 14,0 20,1 18,9 19,2 18,4 17,1 19,7 17,1

Хозяйства населения

Картофель 92,4 92,5 93,0 92,8 91,8 91,6 86,4 85,5 83,5 81,1 84,0 79,6 78,9

Овощи 77,9 79,9 81,5 80,1 80,2 80,3 71,2 72,4 70,7 71,3 71,5 66,6 69,1

Крестьянские (фермерские) хозяйства*

Картофель 1,1 1,2 1,3 1,6 2,0 2,1 4,0 4,4 5,1 5,8 5,5 7,4 8,0

Овощи 2,2 2,3 2,6 3,3 4,9 5,7 8,7 8,7 10,1 10,3 11,4 13,7 13,8

*Включая индивидуальных предпринимателей.

—

У .1 .1 №

2ООО 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 200Э 2010 2011 2012

Сельскохозяйственные орга низа ции

■ Картофель

■ Овощи

■ Хозяйства населения ш Картофель

■ Овощи

Крестьянские (фермерские) хозяйства*

■ Картофель ■I Овощи

Рисунок 3. Графическая структура производства картофеля и овощей по категориям хозяйств.

В период 2000-2012 гг. наблюдали скачкообразное увеличение импорта картофеля в регионы Российской Федерации, в отдельные годы со значительной амплитудой, по томату эта тенденция была более последовательной и плавной (рис. 4, 5)

■ Картофель, тыс.тонн ■ Томаты, тыс.тонн

1511

Рисунок 4. Импорт картофеля и томата.

Картофель, тыс.тонн

Томаты, тыс.тонн

Линейная (Картофель, тыс.тонн)

Линейная (Томаты, тыс.тонн )

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2000-2012 года

Рисунок 5. Тенденции импорта картофеля и томата в Российскую Федерацию.

Томат в России является так же одним из самых потребляемых продуктов растениеводства. Среднее потребление картофеля на душу

населения в России составляет 50-60 кг в год на человека, т. е. томат является постоянно потребляемым продуктом среди овощей. Среди продуктов питания, составляющих основу продовольственного рынка России, томат занимает особое место, оказывая существенное влияние, как на формирование структуры рынка, так и на обеспечение продовольственной безопасности страны.

Производство картофеля и томата в России в последние годы устойчиво падало. При этом, хотя увеличение валовых сборов отмечалось не во всех категориях производителей, темпы роста в группах фермерских хозяйств и сельскохозяйственных предприятий в целом были значительно выше, чем в личных подсобных хозяйствах населения, что привело к некоторым изменениям в структуре валового производства. Особенностью российской картофельной отрасли является доминирование в валовом производстве личных подсобных хозяйств населения. Однако в последние годы все сильнее проявляется тенденция к сокращению данной группы в структуре производства. Площади посадки под картофелем сокращаются во всех группах производителей, однако крупные производители демонстрируют лучшую производственную динамику вследствие более высокой урожайности. Личные подсобные хозяйства населения традиционно характеризуются низкой эффективностью производства. Здесь, как правило, высокая доля ручного труда, удобрения и пестициды применяются не в соответствии с научно-обоснованными нормами, часто используются некондиционные семена, во многих случаях картофель высаживается на одном и том же месте несколько лет подряд.

На семена, в основном, идет часть картофеля, производимого внутри хозяйства. Складывающаяся ситуация приводит к тому, что изменения, происходящие в структуре посевных площадей, носят противоположный характер по отношению к изменениям в структуре валовых сборов. На фоне общего сокращения посевных площадей под картофелем доля личных

подсобных хозяйств населения несколько возрастает. В последние годы урожайность картофеля имела тенденцию к увеличению во всех группах производителей, что позволило полностью компенсировать сокращение посевных площадей и достичь увеличения валовых сборов.

Происходящее в последние годы общее сокращение площадей посадки картофеля во всех группах производителей при одновременном увеличении урожайности является объективным процессом. Средняя урожайность картофеля в России в разы ниже (15 т/га в сельхозпредприятиях), чем в развитых странах, где она составляет 30-40 т/га. В последние годы на рынках сельскохозяйственного сырья существенно усилилась конкуренция, кроме того, ускоренными темпами растут цены на производственные ресурсы (особенно топливо), традиционно тяжелой остается ситуация с техническим перевооружением отрасли. Все эти факторы ведут к выдавливанию с рынка наиболее слабых производителей и необходимости постоянного повышения экономической эффективности остальных. Текущая конъюнктура и перспективы развития российского рынка картофеля в значительной степени определяются рядом факторов, формирующих его национальную специфику в долгосрочном периоде.

На протяжении десятилетий Россия является одним из мировых лидеров по валовому производству картофеля и его потреблению. В настоящее время на долю страны при численности населения 2,5% от населения мира, приходится 17% посевных площадей картофеля и 11% мирового валового сбора.

В структуре производства картофеля значительную долю всегда занимал частный сектор (личные подсобные хозяйства, в т.ч. огороды, дачи и т.д.), отличающийся невысокой эффективностью производства. В частности, в настоящее время урожайность картофеля в частном секторе редко превышает 10 т/га. Коммерческий оборот картофеля всегда значительно уступал объемам его валового производства. Большая часть производимого

населением картофеля (70-80%) шла на личное потребление. Вплоть до настоящего времени собственное производство картофеля на подсобном участке или даче является залогом продовольственной безопасности для многочисленных слоев малоимущего населения, позволяющим переживать трудные времена (рис. 6, 7).

зо

14,6 15,5 15>2 16,8 16,7 17>5

2000 2001 2002

17,3 17,9 19,6 19,9

2003 2004

2005 2006

2007 2оо8

2009

2010

2011

тонн с одного гектара убранной площади Картофель тонн с одного гектара убранной площади Ооощи

2012

Рисунок 6. Урожайность картофеля и овощей в период с 2000 по 2012 гг.

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

2000-2012 года

• тонн с одного гектара убранной площади Картофель

■ тонн с одного гектара убранной площади Овощи

-Линейная(тонн с одного гектара убранной площади Картофель)

-Линейная(тонн с одного гектара убранной площади Овощи)

Рисунок 7. Тенденции в изменении урожайности картофеля и овощей в период с 2000 по 2012 гг.

Традиционно большая часть производимого картофеля потреблялась в необработанном виде. Промышленная переработка картофеля и томата в

России развиты недостаточно. Достигается самый низкий сбор картофеля в промышленном производстве- 17,8 млн. тонн в 2010 и низкий сбор овощей в хозяйствах населения- 8,1 млн. тонн в 2005. Начиная с 2007 г. резко увеличивается производство картофеля и увеличивается производство овощей с 2006 г.

Урожайность возросла в сельскохозяйственных организациях и фермерских (крестьянских) хозяйствах, в то время как в личных приусадебных хозяйствах населения по этим показателям наблюдается спад в 2007 г. по сравнению с 2006 г. Несмотря на увеличение производства картофеля, фермерскими хозяйствами их доля составляет всего 3% и существенного влияния на объем производства они не оказывают.

Ухудшение производственных показателей в хозяйствах населения, вероятно, связано с тем, что посадки картофеля из-за отсутствия сортообновления и при бессменном возделывании практически полностью поражаются болезнями, которые приводят к вырождению сортов, снижая урожайность и ухудшая качество клубней. На начало 2009 г. основные посевные площади картофеля расположены в Центральном федеральном округе и занимают 643,3 тыс. га. Далее следует Приволжский федеральный округ (588 тыс. га), Сибирский федеральный округ (372,5 тыс. га), Южный федеральный округ (235,9 тыс. га), Уральский федеральный округ (155,4 тыс. га). Основной экспорт картофеля ограничен бывшими союзными республиками СССР. Также экспортированный картофель из России можно встретить на рынках в Грузии, Японии, Китая, Норвегии, Украины. Основные экспортеры картофеля - ООО «Скорпион», ООО «Сафия», ООО «Рус-Азия», ЗАО «Самара-Солана». Несмотря на то, что импорт картофеля и томата существенно превосходит экспорт, доля импортного картофеля от валового сбора составляет всего 1,2%. Общий объем ввезенного в Россию картофеля составил более 370 тыс. тонн. В I квартале 2010 года по сравнению с I кварталом 2009 года импорт корнеплода вырос в 1,5 раза.

Большая часть картофеля ввозится из Нидерландов, Азербайджана, Египта, Китая, такими компаниями как «Qsp-Quality Service Performance East Europe GMBH», «Dalteks», «Norland Holdings», «Salero Holdings Limited». Розничная торговля картофелем в России имеет положительную динамику. Резкое увеличение товарооборота произошло в 2008 году: 49 млн. руб. против 34 млн. руб. в 2007 году. Это связано с резким удорожанием картофеля. Регионы-лидеры в розничной торговле картофелем в РФ в 2008 году. В 2007 г. реализация картофеля возросла на 18,3% по сравнению с 2006 г. за счет увеличения его отгрузки во 2-м полугодии, в основном в IV квартале на 11,0%. Отгрузка картофеля сельхозорганизациями с 1995 г. по 2007 г. происходит постепенное увеличение реализации картофеля. Реализация картофеля сельскохозяйственными организациями, в млн. т. происходит перерабатывающим организациям, организациям оптовой торговли, общественного питания, на рынке, через собственную торговую сеть, в порядке оплаты труда и др.

Что же касается